[发明专利]一种基于HHT变换的分布式光纤双M-Z干涉仪的振动定位方法

说明书

本发明公开了一种基于HHT变换的分布式光纤双M‑Z干涉仪的振动定位方法，具体步骤为，S1.取一段振动光纤信号S(t)按分段三次Hermite差值多项式做经验模态分解EMD，得到本征模态函数IMFs；S2.对分解得到的IMFs做Hilbert变换得到原始信号S(t)的瞬时频率；S3.将所有本征模态函数IMFs做HT后的结果叠加，得到Hilbert谱；S4.根据Hilbert谱峰值位置提取包含振动信息的信号段S_p(t)；S5.将提取出的信号段S_p(t)做互相关运算及定位运算得出振动位置信息。其优点在于，提取有振动的区域信号做互相关计算得到时间延迟，有利于提高定位精度，减少计算时间。

技术领域

本发明涉及一种双M-Z分布式光纤传感振动定位的方法，属于分布式光纤传感技术领域。

背景技术

分布式光纤传感系统是一种利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质的传感系统，可以对光纤链路上发生的振动行为实时监测并且准确定位。

分布式光纤传感系统具有一系列优点，如无源安全、长距离、高分辨率、低成本，在建筑结构健康监测、油气管道安全预警、周界安防监控以及智能物联网应用等领域具有广泛的前景。

基于双M-Z的分布式光纤传感系统是利用光的干涉原理，由于噪声等影响会使得振动定位精度下降，从信号中难以确定振动起始点也会对精度和处理时间带来不利的影响，因此需要寻找一种能精准定位的方法。

发明内容

针对以上提出的问题，本发明提供一种改善双M-Z分布式光纤传感系统振动定位的方法，该方法能提高定位精度且降低数据处理时间。其技术方案为，

一种基于HHT变换的分布式光纤双M-Z干涉仪的振动定位方法，具体步骤为，

S1.取一段振动光纤信号S(t)按分段三次Hermite差值多项式做经验模态分解EMD，得到本征模态函数IMFs；

S2.对分解得到的IMFs做Hilbert变换得到原始信号S(t)的瞬时频率；

S3.将所有本征模态函数IMFs做HT后的结果叠加，得到Hilbert谱；

S4.根据Hilbert谱峰值位置提取包含振动信息的信号段S_p(t)；

S5.将提取出的信号段S_p(t)做互相关运算及定位运算得出振动位置信息。

进一步的，经验模态分解EMD过程为，将一个原始信号S(t)的极大值点用三次Hermite差值方式拟合出上包络线，用同样的方式得出下包络线；上包络线、下包络线取均值，得到平均包络线ml；用原始信号S(t)减去平均包络线ml，得到一个新的信号f(t),即

S(t)-ml＝f(t)

若新信号f(t)还存在负的局部极大值和正的局部极小值，则继续按上操作分解，由此得出多个本征模函数IMFs和余波。

进一步的，希尔伯特谱分析HSA将经验模态分解EMD分解出的多个本征模态函数IMFs分别各自做Hilbert变换，由此得到瞬时频率，并将所有本征模态函数IMFs做Hilbert变换后的结果组合得到Hilbert谱，获得原始信号S(t)的频率变化情况。

进一步的，根据Hilbert谱峰值位置提取包含振动信息的信号段S_p(t)，其中沿顺时针方向的信号段为沿逆时针方向的信号段为取高峰值处附近0.01s的数据做互相关运算，得出延时时间，进而得出振动位置信息。

进一步的，沿顺时针方向的信号段为和沿逆时针方向的信号段为到达两个平衡探测器的时间存在一定延迟τ，

τ＝t_L-x+t_L-t_x，